[發明專利]音頻轉采樣方法及其系統

有效

• 申請號: 200910057577.5
• 申請日: 2009-07-09
• 公開（公告）號: CN101944890A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: 黃鶴云;林福輝
• 申請（專利權）人: 展訊通信(上海)有限公司
• 主分類號: H03H17/00
• 分類號: H03H17/00;H03H17/06
• 代理公司: 上海明成云知識產權代理有限公司 31232
• 代理人: 成春榮;竺云

技術領域

本發明涉及信號處理技術，特別涉及信號采樣率轉換技術。

背景技術

采樣率的轉換是一門被廣泛應用在一維信號處理系統中的技術，它的功能是將輸入信號的采樣率轉到另一個采樣率。最常見的應用場景是音頻解碼和播放系統里。眾所周知，輸入的解碼音頻信號的采樣率是不固定的且多種的，主要原因在于對應編碼器的設置以及輸入信號采樣率的設置的不同。而在解碼和播放系統里，所帶的模數轉換器通常僅僅支持有限類的采樣率。因此，在系統里，采取一套采樣率轉換器，將輸入的解碼音頻信號的采樣率轉化到模數轉化器所支持的采樣率上，是必要的。

采樣率轉換的方法來源于插值算法。插值算法是根據輸入和輸出采樣率的比例，在原有兩個采樣點之間增加一個或者數個采樣點(采樣率增加)，或者在幾個采樣點內插值出一個采樣點(采樣率減少)。插值的方法基本是用多項式插值。線性插值是最簡單最常用的方法，它的運算復雜度極低，缺點則是準確度很低。更復雜的插值方法則以增加運算復雜度的代價增加插值準確度。但是，不管運用多么高階的插值方法，都有一個頻譜混疊的問題。頻譜混疊所帶來的后果則是產生一些刺耳的噪音，這是聽眾所不可以忍受的。基于數字信號處理的采樣率轉換系統有效地抑制了這個問題，此類方法的思路則是在采樣率轉換之前，將可能產生混疊的頻段用數字低通濾波器抑制，被稱為上下采樣率轉換方法，它根據采樣率轉換的頻率比的最小有理數比例來進行插值和濾波。目前的數字濾波器通常分為兩種，一種是有限沖擊響應濾波器(FIR)，一種則是無限沖擊響應濾波器(IIR)。在數字濾波器的轉采樣方法里，兩種算法都可以使用，且各有各的優勢。有限沖擊響應濾波器的優點在于它的設計方法簡單，并且它有著線性相位。而無限沖擊響應濾波器的優點在于它的運算復雜度較低，但是其設計方法比較復雜，并且相位不是線性的。非線性相位所帶來的壞處則是不同的頻率成分經過濾波器以后延遲不一樣，導致在時間軸上會有一定的失真。

現有的音頻轉采樣方法如圖1所示，即上采樣-濾波-下采樣。上文所述的最簡便的插值方法等效于圖1的流程圖中只執行了第一步上采樣處理和第三步下采樣處理。在實際應用中，圖1中的低通濾波起著十分關鍵的作用，它有效的抑制了上采樣后的混疊失真。換句話說，采用低通濾波效果越好的濾波器，所產生的混疊失真將越小。因此，在理論上，采取足夠高階的數字濾波器，無論是有限沖擊響應濾波器還是無限沖擊響應濾波器，都可以取得極小的混疊失真。關于現有的采樣率轉換技術也可參見專利號為“5892695”的美國專利。

然而，本發明的發明人發現，事實上，在很多實時系統里，包括很多手持設備里，運算復雜度往往是受到限制的，即過高的運算開銷是不被允許的。如果能用較低的開銷完成濾波過程并取得較好的濾波效果，對大部分受電池所限的手持設備的音頻系統是十分有意義的。因此在現有的技術中，往往采取無限沖擊響應濾波器實現圖1中的低通濾波處理。但是，由于無限沖擊響應濾波器有著非線性的相位，往往給不同頻率的信號帶來了不同的延遲，從而產生了所謂的延遲失真。如果采取有限沖擊響應濾波器實現圖1中的低通濾波處理，則雖然能夠避免失真的問題，但有限沖擊響應濾波器所要求的計算高負責度往往是能力受限的手持設備無法實現的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種音頻轉采樣方法及其系統，使得音頻系統在復雜度與相位失真之間取得一個較好的平衡，在具備較低復雜度的同時，將相位失真減少到可以被人耳所掩蔽的程度。

為解決上述技術問題，本發明的實施方式提供了一種音頻轉采樣方法，包含以下步驟：

在對經上采樣處理后的音頻信號進行下采樣處理之前，將經上采樣處理后的音頻信號進行低通濾波處理和相位補償處理；

對經低通濾波處理和相位補償處理后的信號進行下采樣處理；

其中，低通濾波處理通過無限沖擊響應濾波器實現。

本發明的實施方式還提供了一種音頻轉采樣系統，包含：

上采樣模塊，用于對音頻信號進行上采樣處理；

低通濾波和相位補償模塊，用于對經上采樣處理后的音頻信號進行低通濾波處理和相位補償處理；

下采樣模塊，用于對經低通濾波處理和相位補償處理后的信號進行下采樣處理；

其中，低通濾波處理通過無限沖擊響應濾波器實現。

本發明實施方式與現有技術相比，主要區別及其效果在于：